Archiv des Monats: Juli 2011

Antibiotika kostengünstig und umweltschonend herstellen

Veröffentlicht am von

Medieninformation der TU Berlin vom 15.07.2011

TU-Forscherteam im Bereich „Grüne Chemie“ auf dem Weg zur nachhaltigen Herstellung von Feinchemikalien

Die Preise für Antibiotika und Virostatika könnten künftig fallen. Wichtige Voraussetzung dafür: Die bislang sehr teure Herstellung von Feinchemikalien für diese Medikamente muss günstiger werden. Daran arbeitet ein Team des Instituts für Chemie an der Technischen Universität Berlin.

Mit Hilfe eines neuartigen Verfahrens wollen Projektleiterin Sonja Jost und ihre vier Kolleginnen und Kollegen Regina Böttcher, Martin Rahmel, Anita Royal und Dr. Axel Wessolowski die Produktion von Feinchemikalien optimieren. Nachhaltigkeit sei dabei das Schlagwort, so Jost. Sie erklärt das Vorhaben: „Eine Katalysatorreaktion in Wasser ist nicht nur kostengünstiger, sondern auch umweltschonend, da wesentlich weniger Chemieabfälle entstehen.“ Bislang wird bei der Herstellung dieser chemischen Rohstoffe oftmals auf umweltgefährdende oder -schädigende Lösungsmittel und teure Katalysatoren zurückgegriffen. Das Projekt heißt „Homogen katalysierte Produktion enantiomerenreiner Vorprodukte mit integriertem Katalysatorrecycling“.

Dass die Katalyse in wässrigen Systemen funktionieren könnte, entdeckte die diplomierte Ingenieurin Jost während ihrer Forschungstätigkeiten am TU-Fachgebiet Technische Chemie. Ende vergangenen Jahres ließ sie sich ihre Entdeckung patentieren. „Die Idee, nur mit Wasser und einigen harmlosen Zusätzen umweltschonend zu produzieren, erschien mir durchaus auf einen industriellen Maßstab übertragbar. Diese Form der kostengünstigen Herstellung von Feinchemikalien hat das Potenzial zu etwas ganz Großem!“

Unterstützt wird das Team von TU-Professor Peter Strasser vom Fachgebiet Technische Chemie. Auch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie glaubt an den Erfolg der Chemikerinnen und Chemiker. Das Ministerium fördert sie im Rahmen des EXIST-Forschungstransfer-Programms mit knapp einer halben Million Euro. Innerhalb von 18 Monaten soll nun gezeigt werden, dass das Vorhaben tatsächlich realisierbar ist.

Nach einer erfolgreichen Entwicklung ist eine Ausgründung geplant. „Potenzieller Abnehmer ist die pharmazeutische Industrie“, so Teammitglied Dr. Axel Wessolowski. „Vor dem Hintergrund steigender Zahlen antibiotikaresistenter Bakterien, ist die Neuentwicklung dieser Medikamente ein wichtiges Thema. Und ist es nicht besser, wenn dies zusätzlich auch kostengünstiger und ‚grüner‘ geschehen kann?“ (jb)

Externer Link: www.tu-berlin.de

Unfallschutz in der Frontscheibe

Veröffentlicht am von

Mediendienst der Fraunhofer-Gesellschaft vom Juli 2011

Fahrerassistenzsysteme helfen Unfälle zu vermeiden. Denn je mehr ein Auto über seine Umgebung weiß, desto intelligenter kann es auf sie reagieren. Forscher haben jetzt einen optischen Sensor für die Frontscheibe entwickelt, der sogar Nebel von Dämmerlicht unterscheidet. Das System wird auch für Kleinwagen verfügbar sein.

Die Zahl der Verkehrstoten in Deutschland ist in den vergangenen Jahren stetig gesunken. Wie Studien belegen, ist dies auch den vielen neuen Fahrerassistenzsystemen zu verdanken, die schneller reagieren als der Mensch. Sie erkennen Risiken, warnen vor Gefahren und unterstützen den Fahrer in kritischen Situationen. Radarsensoren etwa scannen den umgebenden Verkehr und überwachen den toten Winkel oder wahren den Sicherheitsabstand zum Vorausfahrenden. Infrarotdetektoren verbessern die Nachtsicht und Müdigkeitssensoren schlagen bei drohendem Sekundenschlaf Alarm.

Um die Umgebung während der Fahrt zu überwachen, kommen inzwischen auch komplexe Systeme zum Einsatz. Sie sind nicht nur mit einer Kamera, sondern zudem mit Sensoren ausgestattet. Diese Systeme erfassen schwer einsehbare Fahrzeugbereiche – etwa beim Einparken – und werten die Kamerabilder automatisiert aus. Sie sind zwischen der Frontscheibe und dem mittleren Rückspiegel angebracht. Neben den bildgebenden Daten liefern sie Informationen über die Lichtverhältnisse der Umgebung, beispielsweise unterscheiden sie zwischen Dämmerung und Nebel. Die Sensoren interpretieren die optischen Daten und analysieren die Wetterbedingungen. Allerdings finden sich solche Hightechsysteme bisher nur in hochpreisigen Fahrzeugen, für Mittelklasse- und Kleinwagen waren sie zu teuer. Der Grund: Bei herkömmlichen Komponenten kommt es im Dauereinsatz zu Messungenauigkeiten – die integrierten LEDs verändern mit der Zeit ihre Leuchtstärke, die erforderlichen Lichtdetektoren ihre Sensibilität. Nur teure Komponenten konnten diese Effekte bislang ausgleichen.

Dies soll sich jetzt ändern: Forscher des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM in Berlin haben im EU-Projekt »ADOSE« gemeinsam mit Centro Ricerche Fiat und dem Chiphersteller STMicroelectronics ein Sensorsystem entwickelt, das sich auch für Autos der Mittelklasse und für Kleinwagen preiswert fertigen lässt. »Unser multifunktionales System besteht aus einer kompletten Kamera, zwei mit Fresnel-Linsen ausgestatteten Sensoren zum Detektieren von Lichtsignalen und einer Infrarot-LED. Da Nebel und Dämmerung optisch identische Spektren aufweisen können, ist es schwierig, diese beiden Lichtphänomene voneinander zu unterscheiden. Deshalb sendet die Infrarot-LED Lichtwellen aus, die bei Nebel zurückgestreut werden, nicht aber bei Dämmerlicht«, erläutert Dr.-Ing. Henning Schröder, Gruppenleiter am IZM. »Besonders diffizil ist es, das Lichtsignal aus einem weiten Öffnungswinkel einzufangen, zu bündeln und über die Leiterplatte auf die vier Ecken des Kamerachips zu leiten. Denn die Mitte des Chips ist für die Aufnahme des Kamerabilds reserviert«, so Schröder. Um dies zu ermöglichen, haben der Forscher und sein Team im Heißprägeverfahren Lightpipes entwickelt. Das sind hohle, verspiegelte Röhrchen, die das Lichtsignal sogar um bis zu 90 Grad umlenken können. Bislang wurden Lichtleitfasern für die Signalübertragung verwendet. Diese brechen jedoch bei geringen Biegeradien, sind teuer und müssen in aufwändiger Handarbeit montiert werden. »Mit den Lightpipes ist es uns gelungen, die optische Signalübertragung effizienter zu gestalten, das komplette System zu verkleinern und somit die Kosten zu senken«, sagt der Forscher. Durch die Heißprägung lassen sich mehrere optische Kanäle in einem Durchgang fertigen, die Montage wird also deutlich vereinfacht. Der Clou: Das System der IZM-Wissenschaftler ist skalierbar, es lässt sich um weitere Lightpipes erweitern – etwa um Sonneneinstrahlung zu erfassen.

Die Experten vom IZM haben nicht nur die Lightpipes, sondern auch die Fresnel-Linsen entwickelt. Zudem zeichnen sie für das Design des Sensormoduls verantwortlich, das per Rapid Prototyping realisiert wurde. Ein Prototyp des Sensormoduls liegt bereits vor. Centro Ricerche Fiat prüft ihn derzeit in einem ersten Feldtest.

Externer Link: www.fraunhofer.de

Neues Frühwarnsystem erkennt drohende Trinkwasserverschmutzung

Veröffentlicht am von

Medienmitteilung der Universität Basel vom 01.07.2011

Stehen Trinkwasserbrunnen in der Nähe von Flüssen, können sie bei Hochwasser verunreinigt werden. Forschende der Universität Basel haben nun zusammen mit der Firma Endress+Hauser eine Technologie entwickelt, mit der eine drohende Verschmutzung frühzeitig erkannt und die Entnahme von Trinkwasser differenziert gesteuert werden kann.

Trinkwasserbrunnen in unmittelbarer Nähe zu Flüssen sind einer besonderen Gefahr ausgesetzt: Bei Hochwasser kann mit Bakterien und anderen Mikroben belastetes Flusswasser unterirdisch in die Grundwasserfassungen einfliessen. Droht eine mikrobiologische Verunreinigung, müssen die Pumpen abgestellt werden.

Für die Betreiber von Wasserversorgungsanlagen ist es allerdings schwierig, jederzeit richtig einschätzen zu können, wie gefährdet einzelne Grundwasserbrunnen sind. Forschende um Prof. Peter Huggenberger von der Universität Basel haben nun zusammen mit dem Messtechnik-Spezialisten Endress+Hauser mit Sitz in Reinach BL eine neuartige Technologie entwickelt, die auf Messungen und Modellrechnungen beruht. Sie erlaubt es, eine drohende Verschmutzung von flussnahen Brunnen frühzeitig zu erkennen und geeignete Massnahmen bei der Trinkwassergewinnung einzuleiten.

Potenzielle Gefährdung erkennen

Die Wissenschaftler erforschten während drei Jahren im Gebiet der Reinacherheide das komplexe Zusammenspiel von Grundwasser und Flusswasser der Birs. Da der Nachweis von Mikroorganismen in Echtzeit nur mit grossem Aufwand möglich ist, suchten sie nach Parametern, die indirekt eine Gefährdung des Grundwassers anzeigen können. Dies gestaltet sich schwierig, da sich die Gefährdungssituationen bei Hochwasser ständig ändern und immer wieder unterschiedliche Messresultate liefern. Mit statistischen Verfahren lässt sich jedoch aus einer grossen Anzahl von Messdaten die aktuelle Gefährdungssituation erkennen.

Dazu installierten die Forschenden mehrere Sonden, die Daten zu Temperatur, pH-Wert, elektrischer Leitfähigkeit und Wassertrübung erfassen. Diese Informationen werden dann automatisch übertragen, mit statistischen Methoden ausgewertet und mit den Resultaten von Simulationen der Grundwasserströmung verglichen. Zeichnet sich eine potenzielle Gefährdung der Wasserqualität ab, alarmiert das System den Brunnenmeister, damit er die Pumpen so steuern kann, dass sich eine Verunreinigung des Trinkwassers vermeiden lässt.

«Dank dem neuen Analyseverfahren kann der Brunnenmeister eine Gefährdungslage zuverlässig beurteilen, ohne dass er laufend viele unterschiedliche Messdaten interpretieren muss», erläutert Prof. Peter Huggenberger die Vorteile des neuen Überwachungssystems, dessen Entwicklung von der Kommission für Technologie und Innovation (KTI) gefördert wurde.

Technologie mit Marktpotenzial

Der integrative Ansatz von Messtechnik und Gefährdungsanalyse ermöglicht es, adäquat auf eine potenzielle Gefährdung der Wasserversorgung zu reagieren. Das macht die Technologie für zahlreiche Trinkwasserversorger interessant und eröffnet ein grosses Marktpotenzial.

«Die Versorgung mit Wasser ist heute eine der grossen Herausforderungen», sagt Klaus Endress, CEO der Endress+Hauser Gruppe. «Weltweit haben über eine Milliarde Menschen keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser. Hier können wir künftig noch besser helfen, eine sichere Versorgung zu gewährleisten.»

Um die Technologie bis zur Marktreife zu entwickeln, haben die Forschenden zusammen mit dem Industriepartner Endress+Hauser bei der KTI um eine Fortsetzung des Projekts nachgesucht.

Externer Link: www.unibas.ch

Neue Technologie für verbesserte OLEDs

Veröffentlicht am von

Pressemitteilung der Universität Regensburg vom 08.07.2011

Universität Regensburg verkauft mehrere Patente

Über die Bayerische Patentallianz GmbH, die zentrale Patent- und Vermarktungsagentur von 28 bayerischen Universitäten und Hochschulen für angewandte Wissenschaften, verkauft die Universität Regensburg mehrere Patente an die cynora GmbH, ein Unternehmen im Bereich der Forschung und Entwicklung von organischen Funktionsmaterialien. Durch das neue Singulett-Harvesting-Verfahren und den Einsatz neuentwickelter Emittermaterialien können künftig OLEDs (Organische Leuchtdioden) verbessert und zudem kostengünstig großflächige Displays hergestellt werden.

In der Zukunft werden sich OLEDs auf dem Markt für Bildschirm- und Beleuchtungstechnik zunehmend neben herkömmlichen LEDs durchsetzen: OLEDs erzeugen ein brillanteres Bild, sind einfacher herzustellen, energiesparender und können ultraflach produziert werden. Bis es jedoch soweit ist, müssen noch einige Entwicklungen vorangetrieben werden. So stellt momentan auch eine zu lang anhaltende Lichtabstrahlung (Emissionslebensdauer) der leuchtenden Moleküle (Emittermoleküle), was unter anderem zu unerwünschten Sättigungseffekten und damit Energieverlusten führt, ein Problem bei der Realisierung preiswerter OLED-Beleuchtungssysteme dar. Die nun von der cynora GmbH erworbenen Patente umfassen ein neues Verfahren zur Erzeugung von Lichtemissionen und die Verwendung neuartiger organischer Metallkomplexe. Mit diesen lässt sich die Emissionslebensdauer der Emittermoleküle verringern und der Wirkungsgrad der OLEDs verbessern.

Das neue Verfahren mit dem Namen Singulett-Harvesting wurde von Prof. Dr. Hartmut Yersin vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Regensburg entwickelt. Mit Hilfe dieses Verfahrens ist es möglich, die Vorteile von sogenannten Triplett- und Singulett-Zuständen – das sind die wichtigen leuchtenden Zustände – gewinnbringend zu kombinieren. So kann eine hohe Lichtausbeute mit geringeren Sättigungs- bzw. Energieverlusten erreicht werden.

Ermöglicht wird dieses Verfahren durch die Verwendung neuartiger metallorganischer Verbindungen, die im Vergleich zu herkömmlichen Materialien wie Iridium oder Platin wesentlich preisgünstiger sind und sich zudem einfacher verarbeiten lassen. „Die neuen metallorganischen Verbindungen der Universität Regensburg bilden so die Basis für neue OLED-Technologien. Somit können in Zukunft ultraflache und flexible Displays mit herausragender Farbqualität und hohem Kontrast hergestellt werden. Und das großflächig und kostengünstig“, so Dr. Thomas Baumann, Geschäftsführer der cynora GmbH. (Alexander Schlaak)

Externer Link: www.uni-regensburg.de

Molekulare Sortiermaschinen bringen Membranproteine an die Zielmembran

Veröffentlicht am von

Pressemitteilung der Universität Heidelberg vom 01.07.2011

Forscher der Universitäten Heidelberg, Frankfurt und Harvard entschlüsseln Mechanismen der Proteinsortierung

Der zielgerichtete Transport von zellulären Proteinen in oder durch eine Membran ist für alle Zellen lebensnotwendig, da viele Proteine während oder nach ihrer Synthese an einen anderen Bestimmungsort gebracht werden müssen. Die Proteinsortierung stellt daher besonders für eukaryontische Zellen mit ihrer Vielzahl an membranumschlossenen Organellen eine logistische Herausforderung dar. Komplexe Sortier und Transportmaschinen sorgen dafür, dass Proteine an den richtigen Bestimmungsort in der Zelle gelangen. Beim Sortierungsprozess helfen Signalsequenzen, die wie eine Art „Postleitzahl“ von spezifischen Maschinen erkannt werden. Einen bislang unbekannten Teil der Mechanismen konnten Wissenschaftler der Universität Heidelberg zusammen mit Forschern aus Frankfurt und Harvard (USA) entschlüsseln. In der neuen Studie wurde die Sortierung und Insertion von Membranproteinen untersucht, deren Signalsequenz am Ende des Proteins liegt. Diese sogenannten „tail anchored“ (TA) Membranproteine sind an entscheidenden zellulären Prozessen beteiligt, wie zum Beispiel der Membranfusion oder dem Zelltod. Die Forschungsergebnisse wurden in „Science“ veröffentlicht.

„Die Komponenten für die Insertion der TAMembranproteine konnten vor kurzem identifiziert werden. Weitgehend unbekannt war jedoch, wie die Maschinen für die Erkennung und den Transport dieser Proteine arbeiten“, sagt Prof. Dr. Irmgard Sinning vom BiochemieZentrum der Universität Heidelberg. Den zugrundeliegenden molekularen Mechanismus konnte die Arbeitsgruppe von Prof. Sinning jetzt in enger Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Volker Dötsch von der GoetheUniversität Frankfurt und Prof. Dr. Vlad Denic von der Universität Harvard entschlüsseln. Im Mittelpunkt der interdisziplinären Untersuchungen steht der sogenannte GetWeg. Dabei steht „Get“ für „guided entry of tailanchored membrane proteins“ – einen speziellen Transportweg für die Familie der TAMembranproteine zum endoplasmatischen Retikulum (ER).

Die zentrale Komponente des GetWeges ist das Get3Protein, eine dimere ATPase, die die Energie der ATPSpaltung für die Insertion der TAMembranproteine nutzt. Um den Insertionsprozess am ER entschlüsseln zu können, haben die Wissenschaftler in ihrer Studie strukturbiologische Untersuchungsmethoden – die Proteinkristallographie und die NMRSpektroskopie – mit biochemischen und zellbiologischen Ansätzen verknüpft. Erstmals konnten die Wissenschaftler die Funktion von zwei Rezeptorproteinen – Get1 und Get2 – klären. Hochaufgelöste Kristallstrukturen von verschiedenen Reaktionsintermediaten zeigen, dass der Get3Dimer an diese Rezeptoren bindet und sich dabei schrittweise öffnet. Dadurch wird eine kontrollierte Insertion des TAProteins ermöglicht. Ein erstes Modell der rezeptorunterstützten Membraninsertion konnte erstellt werden, das jetzt die Grundlage für weitere Studien bildet.

Die Untersuchungen wurden durch den Sonderforschungsbereich „Dynamik makromolekularer Komplexe im biosynthetischen Transport“ (SFB 638) der Universität Heidelberg gefördert. Wichtig für die Forschungsarbeiten war dabei die Proteinkristallisationsplattform, die vor kurzem am BiochemieZentrum mit Unterstützung durch den Exzellenzcluster „CellNetworks“ der Ruperto Carola eingerichtet werden konnte.

Originalveröffentlichung:
Stefer, S., Reitz, S., Wang, F., Wild, K., Pang, Y.Y., Schwarz, D., Bomke, J., Hein, C., Löhr, F., Bernhard, F., Denic, V., Dötsch, V. & Sinning, I.: Structural Basis for TailAnchored Membrane Protein Biogenesis by the Get3Receptor Complex, Science Online, 30 June 2011, DOI: 10.1126/science.1207125.

Externer Link: www.uni-heidelberg.de